Network Slicing en redes 5G para tráfico Streaming aplicando Deep Learning

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

Network Slicing has been positioned as a technology that is a fundamental pillar for 5G networks, intended to support new technologies with improved requirements in terms of performance and flexibility when dividing the physical network into numerous virtual networks. In this work, an efficient Network Slicing design is proposed using a Deep Neural Network that allows selecting the ideal network Slice so that the packets of each vertical are transported. A training method for the Deep Neural Network is proposed with a metaheuristic algorithm called Glowworm Swarm Optimization (GSO) that presented an efficiency of 99.8% in the accuracy of the data obtained. The virtual network infrastructure is mounted on Openstack – Tacker, which has a complete implementation of what the ETSI suggests for implementations with Virtual Networks and Network Slicing. Free5GC and EURanSim are used to simulate a 5G network environment in the Core of the network and TorchServe is used to deploy the Deep Leaning model in a high-efficiency, low-latency productive environment. The tests focused on comparing the high-resolution Video Streaming vertical, but together with them, Massive IoT traffic and internet browsing were generated to corroborate the correct separation of Slices and the correct flow of traffic in the Slice corresponding to the vertical. An improvement was found in the tests that were done separating the Network Slices and with the Neural Network training method the possibility opens up to new methods that can increasingly provide better accuracy and efficiency when training models even more complex and can help improve the way in which the challenges of implementing networks that support the great diversity of emerging services that are currently being presented are being met. For the Slice deployed for Video Streaming, an improvement in the average transmission speed of 10.71 Mbps is evident.

Descripción

El Network Slicing se ha posicionado como tecnología que es pilar fundamental para las redes 5G, destinado a soportar las nuevas tecnologías con requisitos mejorados en cuanto a rendimiento y flexibilidad a la hora de dividir la red física en numerosas redes virtuales. Estas tecnologías emergentes y las que ya están soportadas por las anteriores generaciones, plantean un gran desafío en cuanto a elasticidad de toda la red, se deben tener en cuenta las aplicaciones que se soportan en actualidad (como el video Streaming, o el internet) si no que también se deben soportar redes como las de Internet de las Cosas Masivos o las redes de alta criticidad como las utilizadas en Telemedicina, todas esas verticales deben tener la mejor calidad de servicio y de experiencia que se le pueda brindar al cliente final. En este trabajo se propone un diseño de Network Slicing eficiente utilizando una Red Neuronal Profunda que permita seleccionar el Slice de red idóneo para que los paquetes de cada vertical sean transportados. Se propone un método de entrenamiento para la Red Neuronal con un algoritmo metaheurístico llamado Optimización por Enjambre de Luciérnagas que presentó una eficiencia de 99,8% en la exactitud de los datos obtenidos. La infraestructura virtual de red está montada sobre Openstack – Tacker que tiene una implementación completa de lo que sugiere la ETSI para implementaciones con Redes Virtuales y Network Slicing. Se utiliza Free5GC y EURanSim para simular un ambiente de red 5G en el Core de la red y se utiliza TorchServe para desplegar el modelo de Deep Leaning en un ambiente productivo de alta eficiencia y baja latencia. Las pruebas se en enfocaron a comparar la vertical de Streaming de Video de alta resolución, pero junto a ellas se generó tráfico de IoT Masivo y navegación por internet para corroborar la correcta separación de Slices y el correcto flujo de tráfico en el Slice correspondiente a la vertical. Se encontró una mejora en las pruebas que se hicieron separando los Slices de Red y con el método de entrenamiento de la Red Neuronal se abre la posibilidad a nuevos métodos que puedan cada vez más brindar una mejor exactitud y eficiencia a la hora de entrenar modelos aún más complejos y puedan ayudar a mejorar la manera en que se están asumiendo los retos de implementación de redes que soporten la gran diversidad de servicios emergentes que se están presentando en la actualidad. Para el Slice desplegado para el Streaming de video, se evidenció una mejora en la velocidad de transmisión promedio de 10.71 Mbps.

Palabras clave

Network slicing, Red 5G, Red neuronal profunda, PyTorch, Algoritmo GSO, Openstack, Tacker

Materias

Maestría en Ciencias de la Información y las Comunicaciones -- Tesis y disertaciones académicas , Network Slicing en redes 5G , Deep Learning en redes de telecomunicaciones , Tecnologías emergentes en redes 5G , Simulación de tráfico en redes 5G

Citación